1、2022-12-172022-12-171起重机制动过程分析与起重机制动过程分析与制动器选用原则制动器选用原则 武汉理工大学物流工程学院武汉理工大学物流工程学院 胡吉全胡吉全2/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17一一二二三三四四起重机制动与制动器起重机制动与制动器起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性负载工作机构制动分析起重机制动及制动器的选用原则起重机制动及制动器的选用原则内容简介五五位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特
2、性分析六六起重机安全制动器的控制起重机安全制动器的控制3/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-171.起重机制动与制动器起重机制动与制动器 起重机制动起重机制动制动器摩擦副之间产生的摩擦力矩消耗起重机制动器摩擦副之间产生的摩擦力矩消耗起重机工作机构的动能，使机构减速和停车。工作机构的动能，使机构减速和停车。制动按作用分：制动按作用分：支持制动支持制动将起升物品通过制动支持在悬空状态将起升物品通过制动支持在悬空状态减速制动减速制动将运动的物品或运动质量通过制动进行将运动的物品或运动质量通过制动进行减速减速安全制动安全制动在起重机工作机构非正
3、常运行时进行制动以在起重机工作机构非正常运行时进行制动以防事故发生防事故发生1.1 起重机的制动起重机的制动4/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-171.起重机制动与制动器起重机制动与制动器 制动器制动器产生摩擦阻力矩而达到制动目的一种装置。产生摩擦阻力矩而达到制动目的一种装置。港口起重机港口起重机工作制动器工作制动器一般采用一般采用液压推杆轮式液压推杆轮式（图（图1 1）或或盘式结构盘式结构（图（图2 2）。）。1.2 起重机制动器起重机制动器图图2 盘式制动器盘式制动器 图图1 轮式制动器轮式制动器 5/32港口物流技术与装备教育部
4、工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-171.起重机制动与制动器起重机制动与制动器 安全制动器安全制动器设置在传动系统的低速端可以产生很大设置在传动系统的低速端可以产生很大摩擦阻力矩而达到安全制动目的一种装置。摩擦阻力矩而达到安全制动目的一种装置。港口起重机安全制动器一般采用液压操作的港口起重机安全制动器一般采用液压操作的盘式结构盘式结构（图（图1 1）或）或轮毂带式结构轮毂带式结构（图（图2 2）。）。1.2 起重机制动器起重机制动器图图1 盘式安全制动器盘式安全制动器 图图2 带式安全制动器带式安全制动器 6/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与
5、装备教育部工程研究中心2022-12-171.起重机制动与安全制动器起重机制动与安全制动器盘式安全制动器盘式安全制动器（图（图1 1）工作原理：）工作原理：设置在起重机卷筒上，通过一台或多台夹钳的设置在起重机卷筒上，通过一台或多台夹钳的夹紧作用以产生足够的制动力矩阻止卷筒旋转。夹紧作用以产生足够的制动力矩阻止卷筒旋转。带式结构安全制动器带式结构安全制动器（图（图2 2）工作原理：）工作原理：设置在起重机卷筒上，通过收紧制动带使之在设置在起重机卷筒上，通过收紧制动带使之在制动鼓上产生足够的摩擦力矩阻止卷筒旋转。制动鼓上产生足够的摩擦力矩阻止卷筒旋转。安全制动通过液压系统操作，每套制动装置需安全制
6、动通过液压系统操作，每套制动装置需配相应的液压工作站配相应的液压工作站1.2 起重机制动器起重机制动器图图1 盘式安全制动器盘式安全制动器 图图2 带式安全制动器带式安全制动器 7/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-171.起重机制动与制动器起重机制动与制动器1.2 起重机制动器起重机制动器 盘式制动器轮式制动器相比的优点盘式制动器轮式制动器相比的优点制动盘的惯性小制动盘的惯性小同一种制动器的规格尺寸可以用不同的制动盘的直径同一种制动器的规格尺寸可以用不同的制动盘的直径所用的摩擦材料允许更高的作业速度和制动器衬片可承受更所用的摩擦材料允
7、许更高的作业速度和制动器衬片可承受更高温度，因此紧急情况下提供更高水平的性能高温度，因此紧急情况下提供更高水平的性能采用无机摩擦材料，其摩擦特性很少受腐蚀、污染和湿度的采用无机摩擦材料，其摩擦特性很少受腐蚀、污染和湿度的影响影响盘式制动器衬与轮式制动器衬相比，假如它们用于同样的场盘式制动器衬与轮式制动器衬相比，假如它们用于同样的场合，其寿命长合，其寿命长50至至100%起重机运行机构常使用的惯性制动器和起重机运行机构常使用的惯性制动器和“三合一三合一”传动制动器都是采用盘式制动器。传动制动器都是采用盘式制动器。8/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心20
8、22-12-171.起重机制动与制动器起重机制动与制动器1.3 与制动相关的起重机特征参数与制动相关的起重机特征参数a）起重机的载荷性质）起重机的载荷性质位能性载荷：起升机构支承载荷、变幅机构支承载荷等；位能性载荷：起升机构支承载荷、变幅机构支承载荷等；平移性载荷：回转机构支承载荷、运行机构支承载荷等。平移性载荷：回转机构支承载荷、运行机构支承载荷等。b）起重机工作机构的惯性特征）起重机工作机构的惯性特征 对某一台起重机一般可根据不同工作机构运行驱动的相对质量大小来对某一台起重机一般可根据不同工作机构运行驱动的相对质量大小来判断。判断。门座起重机的起升机构可认为是小惯量机构门座起重机的起升机构
9、可认为是小惯量机构变幅机构是中等惯量机构变幅机构是中等惯量机构回转和大车运行机构是大惯量机构。回转和大车运行机构是大惯量机构。9/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程 在起重机工作中具有位能性负载的工作机构制动有以下两种制动过在起重机工作中具有位能性负载的工作机构制动有以下两种制动过程：程：货物下降紧急停止制动和货物上升紧急停止制动货物下降紧急停止制动和货物上升紧急停止制动，都可以通过机，都可以通过机械制动器和电制动分别实现。械制动器和电制动分别实现。
10、2.1货物下降紧急停止机械制动器制动过程分析货物下降紧急停止机械制动器制动过程分析（1）制动时间）制动时间起升机构总的制动时间起升机构总的制动时间)(stttb式中：式中：货物下降加速时间，即制动器进入动作的时间货物下降加速时间，即制动器进入动作的时间 也即制动器的协调时间，可以根据传动机构的也即制动器的协调时间，可以根据传动机构的 情况取为情况取为 ，最坏情况可取，最坏情况可取 。有效制动时间，有效制动时间，tbt)(12sMMJtbetotalbst3.0st5.010/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作
11、机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程有效制动时间有效制动时间：21()(2 1)totalbbeJtsMM式中：式中：制动器在制动器在 秒后开始制动时的电机转速秒后开始制动时的电机转速 起升系统总的转动惯量起升系统总的转动惯量 由负荷转换到电机轴上力矩由负荷转换到电机轴上力矩 有效制动力矩有效制动力矩2totalJ1MbeMt11/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程公式（公式（2-1）各参数的求解）各参数的求解21)()(/)
12、arad s式中：式中：货物正常下降时的电机转速货物正常下降时的电机转速 在在 秒内由负荷转换到电机轴上力矩秒内由负荷转换到电机轴上力矩 作用增加的电机转速作用增加的电机转速t1M1)/(1sradJMttotal211)()totalrotmbgbbJJJJJJJ kgm式中：式中：电机、制动轮、齿轮箱换算到电机轴上的转动惯量电机、制动轮、齿轮箱换算到电机轴上的转动惯量 由负荷换算到电机轴上的转动惯量由负荷换算到电机轴上的转动惯量 L为作用在卷筒上的钢丝绳拉力（为作用在卷筒上的钢丝绳拉力（KN）rotJ1J)(/)(22121kgmvLJgbd12/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港
13、口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程公式（公式（2-1）各参数的求解）各参数的求解11)()9.82gbgbDcMLi卷筒式中：式中：L 作用在卷筒上的钢丝绳拉力（作用在卷筒上的钢丝绳拉力（KN）)()bebbdMMNm式中：式中：制动器制动力矩（制动器制动力矩（Nm）bM13/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2）制动距离制动距离 起升机构制动距离
14、起升机构制动距离是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒上钢丝绳的位移计算。上钢丝绳的位移计算。制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（2-2）求解）求解 12()(22)dSSS m 式中：式中：在在 秒时间内钢丝绳在卷筒上的位移秒时间内钢丝绳在卷筒上的位移（m）在在 秒制动减速秒制动减速时间内时间内钢丝绳在卷筒上的位移钢丝绳在卷筒上的位移（m）1Stbt2S14/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17式中：式中：货物正常货物正常下降时下降时卷筒上钢丝绳的
15、速度卷筒上钢丝绳的速度 制动开始时卷筒上钢丝绳的速度制动开始时卷筒上钢丝绳的速度，按，按 求解求解 其中：其中：对应速度对应速度 的电机转速的电机转速 对应速度对应速度 的电机转速的电机转速dv2dv)/(22smvnnvdmd2nmn2dvdv2.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程公式（公式（2-2）各参数的求解）各参数的求解21)()2ddvvaSt m22)()2dbvbSt m式中：式中：制动开始时卷筒上钢丝绳的速度制动开始时卷筒上钢丝绳的速度 制动减速制动减速时间时间bt2dv15/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装
16、备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程3）制动时间、速度、距离特性图制动时间、速度、距离特性图图图5货物下降紧急停止制动时间、速度和距离特性图货物下降紧急停止制动时间、速度和距离特性图 16/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2.货物起升紧急停止机械制动器制动过程分析货物起升紧急停止机械制动器制动过程分析（1）制动时间）制动时间起升机构总的制动时间起升机构总的制动时
17、间式中：式中：货物下降加速时间，即制动器进入动作的时间货物下降加速时间，即制动器进入动作的时间 也即制动器的协调时间，可以根据传动机构的也即制动器的协调时间，可以根据传动机构的 情况取为情况取为 ，最坏情况可取，最坏情况可取 。有效制动时间，有效制动时间，tbt21()totalbbeJtsMMst3.0st5.0()()(23)bttts 可按求解，其中，为可按求解，其中，为货物正常下降时的电机转速，其余参数的意义与前所述货物正常下降时的电机转速，其余参数的意义与前所述相同相同)/)(12srad1217/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-
18、12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2）制动距离制动距离totalJ 起升机构制动距离起升机构制动距离是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒上钢丝绳的位移计算。上钢丝绳的位移计算。制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（2-）求解）求解 12()(24)dSSS m 式中：式中：在在 秒时间内钢丝绳在卷筒上的位移秒时间内钢丝绳在卷筒上的位移（m）在在 秒制动减速秒制动减速时间内时间内钢丝绳在卷筒上的位移钢丝绳在卷筒上的位移（m）1Stbt2S18/32港口
19、物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17式中：式中：货物正常货物正常上升时上升时卷筒上钢丝绳的速度卷筒上钢丝绳的速度 制动开始时卷筒上钢丝绳的速度制动开始时卷筒上钢丝绳的速度，dv2dv2.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程公式（公式（2-）各参数的求解）各参数的求解21)()2ddvvaSt m22)()2dbvbSt m式中：式中：制动开始时卷筒上钢丝绳的速度制动开始时卷筒上钢丝绳的速度 制动减速制动减速时间时间bt2dv19/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研
20、究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程3）制动时间、速度、距离特性图制动时间、速度、距离特性图totalJ0图起重机货物上升紧急停止制动时间、速度和距离特性图图起重机货物上升紧急停止制动时间、速度和距离特性图 20/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2.货物下降紧急停止电机全力矩制动过程分析货物下降紧急停止电机全力矩制动过程分析（1）制动时间）制动时间起升机构有效制动时间起升机构
21、有效制动时间1()(25)mtotalbnomJtsMM式中：式中：电机的计算力矩，按下式求解：电机的计算力矩，按下式求解：与电机力矩对应的电机转速，与电机力矩对应的电机转速，按下式求解：按下式求解：nomM)(9550NmnNMnom电制动力矩MMnomm)/(260sradnm21/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2）制动距离制动距离totalJ 起升机构制动距离起升机构制动距离是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒是指在制动期间货物产生的
22、总位移，可通过卷筒上钢丝绳的位移计算。上钢丝绳的位移计算。制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（2-）求解）求解 1()(26)2ddbSvt m式中：式中：货物正常货物正常下降时下降时卷筒上钢丝绳的速度卷筒上钢丝绳的速度 制动减速制动减速时间时间dvbt22/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程3）制动时间、速度、距离特性图制动时间、速度、距离特性图totalJ图起重机货物下降紧急停止制动期间制动时间、速度和距离
23、特性图图起重机货物下降紧急停止制动期间制动时间、速度和距离特性图 23/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2.货物上升紧急停止电机全力矩制动过程分析货物上升紧急停止电机全力矩制动过程分析（1）制动时间）制动时间起升机构有效制动时间起升机构有效制动时间1()(27)mtotalbnomJtsMM式中：式中：电机的计算力矩，按下式求解：电机的计算力矩，按下式求解：与电机力矩对应的电机转速，与电机力矩对应的电机转速，按下式求解：按下式求解：nomM)(95
24、50NmnNMnom电制动力矩MMnomm)/(260sradnm24/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程2）制动距离制动距离totalJ 起升机构制动距离起升机构制动距离是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒是指在制动期间货物产生的总位移，可通过卷筒上钢丝绳的位移计算。上钢丝绳的位移计算。制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（制动期间钢丝绳在卷筒上的总位移按公式（2-）求解）求解 1()(28)2ddbSvt m式中：式中：货物正常货物正常上升
25、时上升时卷筒上钢丝绳的速度卷筒上钢丝绳的速度 制动减速制动减速时间时间dvbt25/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-172.起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程起重机位能性负载工作机构制动器的制动过程3）制动时间、速度、距离特性图制动时间、速度、距离特性图totalJ图图8起重机货物上升紧急停止制动期间制动时间、速度和距离特性图起重机货物上升紧急停止制动期间制动时间、速度和距离特性图 26/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17.起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性
26、负载工作机构制动分析平移性负载工作机构平移性负载工作机构制动特点：制动特点：制动过程简单，如大车运行、小车运行、回转机构制动过程简单，如大车运行、小车运行、回转机构制动器开始制动时运动部分的速度总会比正常运行低制动器开始制动时运动部分的速度总会比正常运行低可以采用机械制动和电制动两种方法可以采用机械制动和电制动两种方法制动开始作用是和电机断电同步的，当采用电制动时，则不会获制动开始作用是和电机断电同步的，当采用电制动时，则不会获得由于外阻力作用而使运动部分减速的帮助得由于外阻力作用而使运动部分减速的帮助27/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-
27、12-17.起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性负载工作机构制动分析）平衡力矩分析计算）平衡力矩分析计算 起重机运行时起重机运行时运行阻力和制动力矩运行阻力和制动力矩使起重机减速，使起重机减速，风和直线运行风和直线运行质量以及旋转运动质量的惯性力质量以及旋转运动质量的惯性力驱动起重机运行，故力矩平衡方程式驱动起重机运行，故力矩平衡方程式为：为：1(3 1)bWlinrotMMMMM式中：式中：由制动期间运行阻力转换到电机轴上力矩由制动期间运行阻力转换到电机轴上力矩 制动器制动力矩（制动器制动力矩（Nm）制动期间的风阻力矩（制动期间的风阻力矩（Nm）直线运动质量的惯性力转换到电机轴上的力
28、矩直线运动质量的惯性力转换到电机轴上的力矩旋转运动质量的惯性力转换到电机轴上的力矩：旋转运动质量的惯性力转换到电机轴上的力矩：1MbMwMlinMrotM28/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17.起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性负载工作机构制动分析totalJ公式（公式（-1）参数的求解）参数的求解1111)()()WtWaMF RNmWf NRii式中：式中：运行部分总重量（运行部分总重量（kN）起重机运行阻力系数起重机运行阻力系数驱动车轮半径（驱动车轮半径（m）电机到车轮之间的减速比，求解公式：电机到车轮之间的减速比
29、，求解公式：tWfWRivRniW229/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17.起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性负载工作机构制动分析公式（公式（-1）参数的求解）参数的求解1)()linlinWbMFRNmi式中：式中：直线运动质量的惯性力直线运动质量的惯性力，求解公式：，求解公式：驱动车轮半径（驱动车轮半径（m）电机到车轮之间的减速比，求解公式：电机到车轮之间的减速比，求解公式：WRivRniW2linF)(NtvmamFlin)()309.55rotJJnJ ncMNmttt式中：式中：旋转质量转换到电机轴上的转动惯量
30、旋转质量转换到电机轴上的转动惯量 J 30/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17.起重机平移性负载工作机构制动分析起重机平移性负载工作机构制动分析）制动时间）制动时间起重机的运行制动时间起重机的运行制动时间19.55()(32)9.55()bwmvJntsMMM）制动距离）制动距离起重机在运行制动时间内的制动距离按公式（）求取起重机在运行制动时间内的制动距离按公式（）求取20011(33)22tSvtatv tvt 说明：说明：起重机的运行制动时间、制动距离和制动器的制动力矩可起重机的运行制动时间、制动距离和制动器的制动力矩可以根据已
31、知条件分别进行计算。以根据已知条件分别进行计算。当起重机运行采用电制动时，只需将制动力矩当起重机运行采用电制动时，只需将制动力矩 用电机计算力用电机计算力矩矩 替代即可。替代即可。bMnomM)(9550NmnNMnom1()nomMMM电制动力矩31/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17.起重机制动及制动器的选用原则起重机制动及制动器的选用原则起重机制动性能起重机制动性能评价指标评价指标制动时间制动时间制动距离制动距离平稳的制动过程平稳的制动过程32/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心202
32、2-12-17选用原则选用原则机械制动和电制动的采用原则机械制动和电制动的采用原则制动器构造型式的选用原则制动器构造型式的选用原则制动时间、制动距离和制动力矩的确定原则制动时间、制动距离和制动力矩的确定原则 单纯采用机械制动、单纯采用电制动都有一定的缺点，将单纯采用机械制动、单纯采用电制动都有一定的缺点，将机械制动机械制动和电制动联合使用和电制动联合使用是一种很好的制动方式，它可通过电制动减速，机械是一种很好的制动方式，它可通过电制动减速，机械制动停车，在满足制动效果的情况下使制动冲击尽可能小。制动停车，在满足制动效果的情况下使制动冲击尽可能小。.起重机制动及制动器的选用原则起重机制动及制动器
33、的选用原则 起重机工作制动器的构造型式一般分起重机工作制动器的构造型式一般分为为轮式和盘式轮式和盘式，一定条件下可，一定条件下可优先选用盘式制动器，当制动器联接轴的速度特别高时尤其应该考虑。优先选用盘式制动器，当制动器联接轴的速度特别高时尤其应该考虑。起重机高速轴上的起重机高速轴上的盘式制动器必须成对使用盘式制动器必须成对使用，已免造成制动器联接轴上，已免造成制动器联接轴上的附加径向载荷。的附加径向载荷。制动器的选择依据主要是制动器的选择依据主要是制动力矩制动力矩，安全系数的选取除满足起重机，安全系数的选取除满足起重机设计规范外还应考虑制动器使用的场合和负载的性质，即是位能性负载设计规范外还应
34、考虑制动器使用的场合和负载的性质，即是位能性负载还是平移性负载。还是平移性负载。制动时间制动时间的确定应充分考虑机构的惯性特征，小惯量的确定应充分考虑机构的惯性特征，小惯量机构可选较短的制动时间，大惯量机构应取较长的制动时间。制动距离机构可选较短的制动时间，大惯量机构应取较长的制动时间。制动距离也应与此相对应。也应与此相对应。33/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析 起重机具有位能性负载的工作机构主起重机具有位能性负载的工作机构主要有起升机构、臂架非平衡式变幅机
35、构要有起升机构、臂架非平衡式变幅机构和大梁俯仰机构等。和大梁俯仰机构等。图图3 制动计算模型图制动计算模型图 卷筒钢丝绳牵引的上述机构安全制动卷筒钢丝绳牵引的上述机构安全制动计算模型均可简化为图计算模型均可简化为图3 3所示的模型。所示的模型。34/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析断轴分为三种形式：断轴分为三种形式：（a a）当）当电动机输出轴电动机输出轴发生断裂或发生断裂或高速轴联轴器高速轴联轴器失效时，传动系失效时，传动系统的高速轴的两个制动器和低速轴的安
36、全制动器能同时参与制动；统的高速轴的两个制动器和低速轴的安全制动器能同时参与制动；（b b）当）当减速器输入轴减速器输入轴发生断裂时，传动系统的高速轴的一个制动发生断裂时，传动系统的高速轴的一个制动器和低速轴的安全制动器能同时参与制动；器和低速轴的安全制动器能同时参与制动；（c c）当）当减速器中间轴或输出轴减速器中间轴或输出轴发生断裂时，仅有低速轴的安全制发生断裂时，仅有低速轴的安全制动器参与制动，高速轴的制动器将不起作用。动器参与制动，高速轴的制动器将不起作用。5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力35/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流
37、技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析 制动计算模型如图制动计算模型如图3 3所示，由所示，由力和力矩平衡力和力矩平衡建立建立制动的制动的数学模型如公式数学模型如公式2-12-1所示所示。5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力图图3 制动计算模型图制动计算模型图zmgFmaFrMJ（2-1）2112/1211/mrJ rtvvmgrMsvvtMmgrFKmgmrJ r g（2-2）由公式（由公式（2-12-1）及）及 可得公式（可得公式（2-22-2）：）：za=r36/32
38、港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力图图3 制动计算模型图制动计算模型图2112/1211/mrJrtvvmgrMsvvtMmgrFKmgmrJrg（2-2）式中：式中：加速度加速度（）；角加速度（角加速度（）；）；za2/sm2rad/s 物品质量物品质量（kg kg）；卷筒半径卷筒半径（m m）；mr 卷筒轴上的等效转动惯量卷筒轴上的等效转动惯量（）；制动力矩制动力矩（）；）；KK制动状态
39、下的钢丝绳载荷增大倍数；制动状态下的钢丝绳载荷增大倍数；J2mkg MmN t 运动时间（运动时间（s s）；初、末速度初、末速度（）；）；s s 运动行程（运动行程（m m）1v2vsm/37/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力 发生断轴后，物品从开始加速至制动停止可分为以下三个阶段：发生断轴后，物品从开始加速至制动停止可分为以下三个阶段：a a）发生断轴时，系统的状态可能是无动作的发
40、生断轴时，系统的状态可能是无动作的静止状态静止状态，也可能，也可能是额定速度的是额定速度的运动状态运动状态。当物品在自身重力的作用下从静止开始自。当物品在自身重力的作用下从静止开始自由滑落，物品通过钢丝绳带动卷筒加速转动，当卷筒转速达到其额由滑落，物品通过钢丝绳带动卷筒加速转动，当卷筒转速达到其额定转速定转速 一定倍数一定倍数 时，由超速开关发触发制动器启动，这个过程时，由超速开关发触发制动器启动，这个过程经历的时间及钢丝绳绕出卷筒的长度均比运动状态大，因此只须考经历的时间及钢丝绳绕出卷筒的长度均比运动状态大，因此只须考虑上述的第一种系统状态。虑上述的第一种系统状态。en0kcdcvgrmrJ
41、rmt/221/2121cdcvgrmrJrmtvvs将将 ，代入公式（代入公式（2-22-2）得：）得：01vcvv 20M38/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力 b b）当卷筒转速达到其额定转速）当卷筒转速达到其额定转速 一定倍数一定倍数 时，安全制动器时，安全制动器被触发启动，制动器从启动至投入有效制动力矩所经历的时间为上被触发启动，制动器从启动至投入有效制动力矩所经历的时间为上
42、闸时间闸时间 ，此时认为制动器上闸前的制动力矩近似为零，也即在制，此时认为制动器上闸前的制动力矩近似为零，也即在制动器上闸前物品仍处于自由滑落状态。制动器上闸时钢丝绳绕出卷动器上闸前物品仍处于自由滑落状态。制动器上闸时钢丝绳绕出卷筒的线速度为筒的线速度为 及在上闸时间及在上闸时间 内钢丝绳绕出卷筒的长度为内钢丝绳绕出卷筒的长度为 。en0kcsvstcssst12/11(2)22/scsdscssdm grvvtm rJrm grsvvtvttm rJr 将将 ，代入公式（代入公式（2-22-2）得：）得：0Mcvv 1svv 2stt 39/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技
43、术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力将将 ，代入公式（代入公式（2-2）得：）得：sdMM20v 1svv c c）制动器上闸后开始起制动作用，物品作）制动器上闸后开始起制动作用，物品作匀减速运动匀减速运动，从制动，从制动器上闸开始至物品停止下落经历的时间为器上闸开始至物品停止下落经历的时间为 和钢丝绳绕出卷筒的长和钢丝绳绕出卷筒的长度为度为 。ztzs2/0/11022ddzsssdsddzszssdmrJrmrJrtvvmgrMMmg
44、rmrJrsvtvMmgr40/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.15.1断轴状态下的安全制动时间及冲击力断轴状态下的安全制动时间及冲击力 综合（综合（a a）（）（b b）（）（c c）三阶段，物品从静止开始自由滑落至制动）三阶段，物品从静止开始自由滑落至制动停止所经历的总时间和钢丝绳绕出卷筒的长度分别为：停止所经历的总时间和钢丝绳绕出卷筒的长度分别为：cszcszttttssss 制动过程中的钢丝绳载荷增大倍数：制动过程中的钢丝绳载荷增大倍数：grJmr
45、mgrMKdsd1/1物品下降的总距离：物品下降的总距离：assQ41/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.25.2紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力 此过程中物品的运动分为两个阶段，第一阶段为物品以额定速度此过程中物品的运动分为两个阶段，第一阶段为物品以额定速度为初速度，经为初速度，经 时间段的匀加速运动；第二阶段为物品在制动器的时间段的匀加速运动；第二阶段为物品在制动器的制动作用下做匀减速运动，直至停止下落
46、。制动作用下做匀减速运动，直至停止下落。st 在制动器经过上闸之前物品处于自由滑落，物品以额定速度为初速在制动器经过上闸之前物品处于自由滑落，物品以额定速度为初速度，经度，经 时间段的匀加速运动后的速度为时间段的匀加速运动后的速度为 及钢丝绳绕出卷筒的长及钢丝绳绕出卷筒的长度为度为 ；stsvss将将 ，代入公式（代入公式（2-22-2）得：）得：evv 12svv stt 0M12/11(2)22/sesdasessdam grvvtm rJrm grsvvtvttm rJr 42/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载
47、工作机构安全制动特性分析位能性负载工作机构安全制动特性分析5.25.2紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力 制动器上闸后开始起制动作用，物品作匀减速运动，从制动器制动器上闸后开始起制动作用，物品作匀减速运动，从制动器上闸开始至物品停止下落经历的时间为上闸开始至物品停止下落经历的时间为 和钢丝绳绕出卷筒的长和钢丝绳绕出卷筒的长度为度为 。ztzs1239.55102zsgjgzszk JJJtnMMsvt43/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-175.位能性负载工作机构安全制动特性分析位能性
48、负载工作机构安全制动特性分析5.25.2紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力紧急停止状态（突然失电）的制动时间及冲击力 从失电时刻开始至物品停止滑落所经历的总时间和钢丝绳绕出从失电时刻开始至物品停止滑落所经历的总时间和钢丝绳绕出卷筒的总长度：卷筒的总长度：szsztttsss物品下降的总距离：物品下降的总距离：assQ制动过程中的钢丝绳载荷增大倍数：制动过程中的钢丝绳载荷增大倍数：grJmrmgrMmgFKdasd1/144/32港口物流技术与装备教育部工程研究中心港口物流技术与装备教育部工程研究中心2022-12-17制动器的工作方式制动器的工作方式制动器的控制依据制动器的控制依据多台
49、制动器作用的控制多台制动器作用的控制 安全制动器的工作方式是当起重机得电以后，液压工作站启动，安全制动器的工作方式是当起重机得电以后，液压工作站启动，制动器打开，在起重机正常工作中，制动器处于常开状态，当发生制动器打开，在起重机正常工作中，制动器处于常开状态，当发生超速或起重机停电时制动器自动上闸。工作中也可以设定当起重机超速或起重机停电时制动器自动上闸。工作中也可以设定当起重机超过一定时间不动作，安全制动器也自动上闸。超过一定时间不动作，安全制动器也自动上闸。6.起重机安全制动器的控制起重机安全制动器的控制 安全制动器的超速控制设定一般为安全制动器的超速控制设定一般为1.11.21.11.2
50、倍额定速度倍额定速度，但制动器，但制动器的选型计算依据为的选型计算依据为1.51.5倍额定速度倍额定速度。安全制动器选型与工作制动器不。安全制动器选型与工作制动器不同，取制动力矩时并不考虑安全系数，其原因是安全制动在出现事同，取制动力矩时并不考虑安全系数，其原因是安全制动在出现事故时动作，属于状态控制，只要制动器在故时动作，属于状态控制，只要制动器在1.51.5倍额定速度状态下能正倍额定速度状态下能正常动作，且有足够的制动力矩使物品在移动一定的距离后停止即可。常动作，且有足够的制动力矩使物品在移动一定的距离后停止即可。安全制动器可以根据制动力矩的要求选用多台同时工作，采用安全制动器可以根据制动
